Å simulere kvantefysikk er så datakrevende at det i teorien krever en uendelig stor maskin. Doktorgradsstipendiat Bendik Steinsvåg Dalen (27) jobber med en løsning.
Vi møter Bendik på stipendiatkontoret hans. Her er han snart ferdig med doktorgraden sin, hvor han har tatt et dypdykk i kvantefysikkens verden og undersøkt hva som skjer når en laserpuls treffer et atom og skyter ut elektroner.
Det er nemlig svært tidkrevende å simulere hva som skjer med elektronene, og det er nettopp dette Bendik har forsket for å finne en løsning på.
– For å simulere dette på en datamaskin, måtte man i teorien hatt en uendelig stor maskin. I praksis har man måttet bruke store simuleringer og la dem kjøre i dagevis, forklarer Bendik Steinsvåg Dalen.
Han er stipendiat i ingeniørvitenskap ved OsloMet, og har nylig publisert en forskningsartikkel hvor han undersøker en løsning som krever langt mindre datakraft for å gjennomføre lignende simuleringer.
Her forklarer Bendik Steinsvåg Dalen hvordan elektroner blir skutt ut når man skyter på dem med en laserpuls. Foto: Benjamin Haug-Toklum
Bygger en digital «vegg»
Utfordringen er ifølge Bendik helt fundamental.
– Se for deg at du slipper en stein i et vann. Bølgene sprer seg utover i alle retninger. Slik er det med kvantepartikler også, og bølgefunksjonen deres sprer seg i teorien uendelig langt.
Metoden som Bendik utvikler sammen med sin veileder, Sølve Selstø, går ut på at man har funnet en måte å «krympe» havet på.
– I stedet for å simulere havet, bygger vi en vegg som absorberer bølgene, ganske nær der steinen treffer vannet.
Det baserer seg på å sette opp en «Complex Absorbing Potential» (CAP), eller en digital vegg.
– I praksis er det en digital detektor som plasseres kjempenært atomet, fanger opp alt som skjer med elektronene og forteller oss nøyaktig hva som skjer.
Metoden som er utviklet kalles for «PESCADO». Den gir opplysninger om hvilken energi partiklene som blir sendt ut av atomer har, og hvilken retning de blir sendt i.
Sparer datakraft
Metoden krever mye mindre datakraft og fanger opp resultatene ekstremt mye raskere.
– I forskningsartikkelen har vi vist at vi også kan forutsi hva som skjer, lenge etter at laserpulsen er skrudd av. Da slipper vi å kjøre simuleringen videre, utdyper Dalen.
Dette sparer enorme mengder datakraft og gjør videre forskning mer effektiv. Simuleringeringene kan nå gjøres raskere. Dette sparer ikke bare datakraft, men også miljøet.
Bendik Steinsvåg Dalen (27) viser frem forskningsartikkelen sin. Foto: Benjamin Haug-Toklum
Arbeidet til Bendik Steinsvåg Dalen har fått internasjonal oppmerksomhet og ble nylig publisert i det anerkjente tidsskriftet Physical Review A.
– Det er gøy å jobbe med problemer som dette her. Å finne en metode som faktisk hjelper oss å forstå verden rundt oss er motiverende.
Wednesday October 29th our hub had a very pleasant and informative visit of people from IQM. This company has delivered comparatively large superconducting quantum computers such as the Helmi in Helsinki and the VLQ in the Czech republic.
The Quantum Hub preresentatives, i.e., Sergiy and Sølve in this case, were both quite impressed – not only by how far they have come when it comes to developing quantum hardware, but also by the extensive learning platform they have developed. These tools enable learners not only to familiarize themselves with theory and concepts; the also allow for implementation and testing on their own actual quantum hardware.
Our guests, Sylwia Barthel de Weydenthal in particular, stressed the need for the Nordics to claim its place on the quantum map – especially so given the current geopolitical situation and the dominance of Big Tech.
For several years we have offered a 10 credit project course to our IT bachelor students. A rich plethora of topics and scientific and professional directions are eligible. This year, however, we offer – for the first time – projects on quantum technology.
We are thrilled to see that four of our students took the bait – and even more thrilled to see what they deliver!
Alina Khan and Zahra Imaan Ahmad have devised, analysed, simulated and run a circuit that implements an important model in quantum physics, the Landau-Zener model.
Alina and Zahra avaiting the results of their first experiment.
Andrés Cáceres, whom you can seen in the picture below, is – together with Lenni Tom Walter, involved in a project in which they are trying to determine a relative phase factor in a Bell-like state. This projects involves circuits with both two and three qubits. So our three-qubit machine, Munin, is used to its full potential, so to speak.
Andrés is running a two-qubit circuit carefully devised to learn the “unknown” phase of a slightly generalized Bell-state. His coworker Lenni Tom Walter was not present when the picture was taken.
It is no exaggeration to say that all four of them where thrown off the deep end here. With virtually no prior training in neither quantum phenomena nor quantum computing, it was a lot to take in the first weeks. But they did take it in. And they proved able to come up with quantum circuits that correctly solve their respective problems.
So it is fair to say that we have been impressed by the students’ performance. Are we equally impressed by Munin’s performance? Let’s wait for their reports, shall we?
On Friday, September 19, school kids gathered at Deichman Holmlia where OsloMet’s Quantum Hub organized a research square — for the third year in a row.
Our Master’s and doctoral students invited their younger colleagues into the world of quantum physics. With simple examples intended to spark curiosity, they explained quantum physics using something as everyday as coins (funny but there are also quantum bills… perhaps they should be used next time at Homlia). High-school kids were also introduced to concepts such as “entanglement” and “quantum encryption”, and how this can be used to send messages even more securely than today.
It is about four years since we unveiled the first quantum computer i Norway. Yesterday, another quantum computer, admittedly a somewhat larger one, was unveiled: The VQL. It is not a Norwegian one, but Norway – and OsloMet – are involved.
This quantum computer has 24 qubits. It is not placed in Norway; it is located in the Czech Republic. But Norway is a partner – through Sigma 2.
On October 5, OsloMet’s Quantum Hub welcomed a delegation from the Universidad Central del Valle del Cauca (UCEVA, Columbia), that included Juan Carlos Urriago Fontal (Rector), and Diana Katherine González (Director of Internationalization), together with José David Patón-Romero from the Simula Metropolitan Center for Digital Engineering (SimulaMet).
OsloMet leadership, including Rector Christen Krogh, TKD Dean Laurence Habib, and Head of the Computer Science Department André Brodtkorb, attended the meeting. Our rector provided an overview of OsloMet’s activities, while we presented the Quantum Hub’s initiatives and achievements. It was a pleasure to see the genuine interest expressed by Dr. Fontal and Ms. González, and we look forward to collaboration!
Together with Sigma 2, Simula and Sintef, OsloMet was recently funded 8 million kroner for quantum technology infrastructure. We are looking forward putting this money to use!
Below you can read (in Norwegian) a bit more about what how the funding will be spent. The excerpt is from the government’s own announcement.
Quantum Extension of the Norwegian Research Infrastructure
Sigma2, Simula, SINTEF og OsloMet får 8 millioner kroner til å styrke nasjonal forskningsinfrastruktur for kvanteberegning gjennom utvidelse av de nasjonale tungregningsinfrastrukturene NRIS og eX3. Dette vil gi norske miljøer tilgang til europeisk forskningsinfrastruktur for kvanteberegning (LUMI-Q), og til lokale emuleringsmiljøer og programvare som kombinerer kvante- og klassisk databehandling. I tillegg vil de i prosjektet utvikle en treningsplattform for å gi praktiske ferdigheter i kvantealgoritmedesign, kvanteforsterket simulering, og hybrid arbeidsflyt.
– Jeg tror ikke mange har tatt innover seg hvor store følger den kommende kvanteteknologien vil kunne ha for samfunnet som helhet.
Det sier Ina von Turow, som til vanlig leder podkastserien «Kvantespranget».
– Personlig tror jeg at det vil ta vesentlig lengre tid for samfunnet å omstille seg enn det vil ta for denne teknologien å nå et kritisk punkt.
Tirsdag 13. mai deltok von Turow på Quantum Information Technology (QIT)-konferansen i regi av Simula, Sigma2 og OsloMet. Med konferansen ønsker de å få kvanteteknologi på forsknings- og innovasjonsagendaen i Norge.
Her ledet von Turow en panelsamtale om «talent pipeline management», altså det å utdanne en kvante-kompetent arbeidsstyrke. Til stede for å dele sine synspunkter var Oxford-fysiker Artur Ekert, Caterina Foti fra selskapet Algorithmiq, Yves Rezus fra Amsterdam University of Applied Sciences (AUAS), og Instituttleder for Informasjonsteknologi ved OsloMet, André Brodtkorb.
Tilgjengelig for allmennheten
Ina von Turow har bakgrunn som siviløkonom og filosof, men fikk opp øynene for kvanteteknologien av personlig interesse for over 25 år siden. Hun hadde aldri tenkt at hun skulle jobbe med temaet, men da hun i 2022 hadde litt ekstra tid i kalenderen, deltok hun på QC-konferansen til Simula, Sigma2, OsloMet og Sintef.
Konferansen kom som følge av posisjonspapiret «Bidrag til en norsk strategi for kvanteregning» i juli samme år. Det var her von Turow møtte OsloMet-professor Sølve Selstø for første gang, og siden har han blant annet stilt som gjest i podkastserien.
– Det var to ting som virkelig slo meg på konferansen i 2022: det var nesten ingen ikke-fysikere der, og innholdet ble presentert på en måte som jeg ville vært sjanseløs til å forstå, hvis ikke jeg hadde hatt en lang og lidenskapelig interesse for feltet. De som styrer samfunnet vårt har som oftest ikke denne bakgrunnen, og dette informasjonsgapet måtte adresseres.
Derfor laget hun podkastserien «Kvantespranget» i samarbeid med Viafilm Channels, som nå er i sin andre sesong. Serien har som formål å tilgjengeliggjøre kvanteteknologi for allmennheten.
– Blitt for dårlige på innovasjon
I 2024 falt Norge fra 19. til 21. plass på den globale innovasjonsindeksen. Av de 133 landene som rangeres, er både Sverige, Finland og Danmark på topp ti, ifølge NTB. Dersom Norge ikke blir bedre på innovasjon, blir vi hengende bak i kvantekappløpet, mener von Turow.
– Vi har blitt for dårlige på innovasjon, og jeg tror at det blant annet har å gjøre med skattepolitikk, rammevilkår og kapitalbetingelser. Akademia alene kan ikke være ansvarlige for å gjøre et samfunn «kvanteklart», sier hun.
Derfor mener hun at det må finnes et hensiktsmessig samspill mellom det offentlige og det private.
– Industrien må bevisstgjøres deres eksponerte områder hvor teknologien kan få en enorm effekt allerede innen dette tiåret. Staten må ta ansvar for at akademia opplyser flere samfunnslag: studenter, skoleelever, og enda yngre barn, i tillegg til kveldskurs for det kommersielle sjiktet. I den kommende kvanteæraen ligger det mange muligheter, mener von Turow.
13. mai holdt Simula, OsloMet og Sigma2 QIT-konferansen. Foto: Olav-Johan Øye
Innspill fra flere samfunnslag
– Jeg ønsker ikke at vi skal havne i en situasjon der teknogigantene har enda mer makt enn det de har i dag. Hvis vi ikke får et mer demokratisk eierskap til kvanteteknologi, vil det kunne skje, sier von Turow.
Likevel ser hun antydninger til en kommende maktspredning i tråd med at mange land investerer i kvanteteknologi.
– Det er viktig at folk krever medbestemmelse i hvordan teknologien planlegges, utformes og brukes i samfunnet. Jeg vil at neste digitale revolusjon skal skje på vesentlig mer transparente og demokratiske betingelser enn den forrige.
Von Turow ser frem til at Norge får en nasjonal kvantestrategi, og håper at den vil utformes med innspill fra mange forskjellige samfunnslag. Hun mener at den mest umiddelbare problemstillingen kan være at mange industriledere ikke er klare over størrelsen på kvanteteknologiens kommende effekter.
Man har også lenge hatt en lineær måte å forvalte ressurser på, som har mye å si for hvor mange ressurser som dedikeres til teknologiske fremskritt med lange og usikre tidslinjer, mener hun.
– Med kvante må vi tenke annerledes, fordi farten på fremskrittene kan komme til å gå så innmari fort at vi må rigge oss for en annen type fremskritt enn vi har sett før.
– Må adresseres fort
Panelsamtalen tirsdag handlet om kvanteutdanning, og å lytte til erfaringer fra land vi sammenligner oss med, men som har kommet mye lenger enn oss, forteller von Turow.
Hun mener at det er både viktig og tidskritisk å bevisstgjøre politiske, økonomiske og organisatoriske ledere.
– Hvordan skal vi ha nok kvantekompetente folk til å lede prosjekter for å omstille organisasjoner? Denne mangelen må adresseres ganske fort i de mest kritiske industriene.
I tillegg kreves det flere ph.d.-studenter, masterstudenter og realfagsstudenter som interesserer seg for kvante, mener von Turow. Hun sier seg enig med André Brodtkorb, som mener at vi til og med må starte helt nede i barnehagealder.
Andre Brodtkorb deltok i panelsamtalen. Foto: Olav-Johan Øye
– Bør ikke ledes av akademia
– Jeg håper at kvantemiljøet her lytter til de internasjonale frontløperne. Når vi først har toppfolk fra ledende miljøer i UK, Singapore, Finland og Nederland i salen, er det viktig at vi ser på hva som fungerer for dem og tar til oss rådene de gir.
Hun mener at det er noe å ta med seg fra alle de fire innleggene i samtalen.
– Når en person som Artur Ekert sier at akademia ikke burde lede kvanteberedskapen, men heller gi input til dem som skal gjøre det, er det noe man burde lytte til. Han tilhører tross alt noen av de aller fremste kvantemiljøene i verden.
Videre er Finland og Nederland land vi kan sammenligne oss med, og derfor burde vi også notere oss det Yves Rezus og Caterina Foti forteller om hva de har fått til med sine ressurser, mener von Turow.
– De har satset på entreprenørskap, og på å nå ut til bredere samfunnslag. Jeg tror dermed at deres industrier og sivilsamfunn per dags dato står bedre rustet til kvanteteknologiens inntog enn vårt. Men jeg tror at vi kan kopiere mye av det de har gjort, og at vi ved å knytte oss enda tettere til nordisk og europeisk samarbeid, forhåpentligvis vil kunne bli en viktig aktør i kvante-økosystemet.
OsloMets André Brodtkorb fortalte om kvantediskusjonen i Norge og hva som skjer på hjemmebane.
– Selv om vi i Norge ligger langt bak våre naboland, har den offentlige diskursen om kvanteteknologi virkelig skutt fart siden Arendalsuka i 2024, og det begynner nå å skje mer og mer på hjemmebane som vi kan glede oss til, avslutter von Turow.
Tirsdag 6. mai deltok OsloMets kvantehub på arrangementet «Norge og kvanteteknologi: hva skjer nå?» i samarbeid med Tekna Big Data og Teknas nettverk for utviklere.
– Vi ønsker å sette søkelys på kvanteteknologi – hva det er, hvorfor det er viktig, og hva Norge må gjøre for å henge med, forteller arrangør Anna Kramar, som er rådgiver for teknologi og innovasjon i Tekna.
Arrangementet var initiert av Teknas nettverk for utviklere, men fant sted på OsloMet, og møtte mange kvanteinteresserte hoder, både fysisk og på nett.
– OsloMet har tatt tydelige steg innen kvantefeltet med sin kvantehub, og vi ser på dem som en naturlig samarbeidspartner. De kombinerer utdanning, forskning og formidling – noe vi i Tekna er opptatt av å støtte og være en del av, forteller Kramar.
– Det skjer nå
– 2025 er det internasjonale året for kvanteteknologi, og dette er en god anledning til å starte en bredere samtale her hjemme, fortsetter Kramar.
Med dette viser hun til at det nå er 100 år siden den første utviklingen innenfor kvanteteknologien.
– Kvanteteknologi er ikke noe som skjer langt unna – det skjer nå, og det vil få betydning for Norge. Skal vi være relevante fremover, må vi satse på kompetanse, forskning og samarbeid, sier hun.
Viser til nabolandene våre
Arrangementet ble innledet av en kort introduksjon til kvanteteknologi av Morten Hanshaugen fra Google Cloud. Deretter forklarte divisjonsdirektør i Simula, Are Magnus Bruaset, hvorfor kvanteteknologi er viktig for Norge, og hvordan vi bør satse innenfor feltet.
Han viste blant annet til nabolandene våre for inspirasjon. Allerede i 2023 publiserte regjeringen i Danmark en nasjonal strategi for kvanteforskning. Også i Sverige og Finland har fagmiljøene kommet sammen for å vise hva en nasjonal strategi bør innebære. Alle de tre landene har investert i kvanteteknologien.
Også i Norge publiserte Simula, OsloMet og Sigma2 i 2023 et posisjonspapir med forslag til en norsk nasjonal kvantestrategi.
Selv om debatten nå går i Norges kvantemiljø, og den har blitt fanget opp politisk, finnes det fremdeles ingen norsk kvantestrategi, poengterte Bruaset.
Are Magnus Bruaset fortalte om hva som bør være med i en norsk kvantesatsing. Foto: Noa Cecilie Sæther
Satse på programvareutvikling
Bruaset viste videre til fire punkter i en norsk kvantesatsing.
Den må være bred og inkluderende, og inkludere alle de tre fagfeltene innenfor kvanteteknologien. I tillegg må man satse på co-design og programvareutvikling. Videre mener han at det er viktig å bygge et solid tverrfaglig kunnskapsgrunnlag, og bruke både sunn fornuft og etisk skjønn i prosessen.
Deretter gikk PhD-kandidat ved OsloMet, Kristian Wold, inn på hva som faktisk skjer på kvantefeltet og praktiske bruksområder for kvanteteknologien. Videre gjorde OsloMet-professor Sergiy Denysov en live-demonstrasjon av en av OsloMets egne kvantedatamaskiner.
Sergiy Denysov viste fram en av OsloMets egne kvantedatamaskiner. Foto: Noa Cecilie Sæther
– Må handle nå
Til slutt ledet Morten Hanshaugen en paneldiskusjon om Norges kvantefremtid og hvilke kvanteteknologier Norge burde forske på for å sitte igjen med mest mulig verdifulle resultater og nytteverdi for det norske næringslivet.
Her diskuterte Kristian Wold, Kvantehubens Sølve Selstø, Pia Bauspieß fra Schibsted og Marianne Etzelmüller Bathen fra UiO kompetanse, arbeidskraft, investeringer, sikkerhet og etiske spørsmål innenfor kvanteteknologien.
– Her kom det tydelig fram at vi må handle nå hvis vi skal ha en reell rolle i det globale kvanteløpet – og ikke bli stående på sidelinjen, sier Anna Kramar fra Tekna i etterkant av arrangementet.
– Norge har gode fagmiljøer og enkeltpersoner som er i gang med viktig arbeid innen kvanteteknologi, men det mangler fortsatt en samlet, nasjonal strategi. Vi ser et klart behov for økt satsing på utdanning, rekruttering og investeringer, og for bedre samarbeid mellom akademia, næringsliv og myndigheter, sier hun.
F.v. Morten Hanshaugen ledet paneldiskusjonen med Kristian Wold, Pia Bauspieß og Marianne Etzelmüller Bathen og Sølve Selstø. Foto: Noa Cecilie Sæther
Quantum Hub, SimulaLab, and Sigma2 co-organized the second strategic forum on Norway’s national strategy for quantum information technologies (QIT). Hosted by Simula Research Laboratory on May 12–13, the event brought together researchers, policymakers, and industry leaders to discuss the future of quantum technologies in Norway